PLTMHM. ZulkaromiArie Sukma SPAlief MakmuriMasyhur R.Andang PPEko SetiawanM. AzzamulDanu

PENDAHULUANPembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adala instansi pembangkit listrik tenaga air dengan kapasitas pembangkitan rendah dengan kapasitas 5 sampai dengan 100 kW dan kebanyakan terletak pada anak sungai dimana terdapat mata air tanpa di lengkapi pengontrolan tandon air. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan yang baik mengenai pola aliran air untuk menentukan ukuran turbin yang akan di gunakan dan kapasitas daya yang akan dihasilkan.Bangunan posisi pipa masuk (intake) sering kali di sesuaikan dengan kondisi material daerah yang bersangkutan.

Klarifikasi air terjun dan kapasitas pembangkit hidroBeberapa klarifikasi lainnya secara umum mendefisinikan mikro untuk daya kurangdari 100 kW dan mini untuk daya antara 100 kW sampai dengan 5000 kW[

Daya (KW)Tinggi Terjun (m)RendahSedangTinggi5-1001,5 1515 -5050 -150100-50002 -2020 -100100 -2505000 >3 -3030 - 120120 - 140

Keuntungan PLTMH1. PLTMH adalah sumber energi baru terbaharukan, tidak menghasilkan polusi dan merupakan sumber daya alam yang tidak dapat tergantikan dengan bahan bakar minyak yang harus didatangkan dari luar sehingga biaya operasionalnya lebih rendah di bandingkan pembangkit diesel.2. Dalam pengelolaan air, pembangunan PLTMH dapat dipadukan dengan pembangunan sistem irigasi dan saluran air.3. Teknologi yang digunakan dalam PLTMH adalah teknologi dengan perkembangan yang relatif sedikit, sehingga masih sesuai untuk digunakan dalam jangka waktu yang cukup lama.4. PLTMH merupakan teknologi yang berumur panjang dimana sistem dapat beroperasi hingga 50 tahun atau bahkan lebih tanpa ada perbaikan yang berarti.

Keuntungan PLTMH5. Ukuran PLTMH yang relatif kecil sesuai untuk daerah pedesaan, karena dapat menyertakan peran serta masyarakat mulai dari perencanaan, pembangunan serta perawatannya. Dengan demikian biaya keseluruhan untuk pembangunan PLTMH dapat ditekan seminimal mungkin.6. Selain untuk menghasilkan listrik, pada PLTMH juga dihasilkan energi mekanik yang dapat langsung dipergunakan untuk berbagai keperluan.7. Pembangunan PLTMH dapat dilakukan di beberapa tempat yang mempunyai potensi dan di sesuaikan pada daerah-daerah yang membutuhkan.8. Biaya transmisi yang rendah dimungkinkan karena PLTMH dibangun pada potensi yang letaknya dekat dengan pusat beban.9. Kompenen-komponen peralatan yang digunakan dalam PLTMH lebih sederhana, sehingga biaya untuk pengadaan komponen-komponen tersebut lebih murah.10. Bangunan untuk PLTMH sederhana dan dapat disesuaikan dengan kondisi lingkungan sekitar potensi.11. Adanya PLTMH tidak menggangu keaadaan sosial dan lingkungan disekitarnya karena pembangunan PLTMH merupakan pembangunan dengan skala kecil.

UNIT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDROPembangkit listrik tenaga Minihidro pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Skema prinsip kerja PLTMH terlihat pada gambar di bawah ini:

Weir / DamDam atau weir adalah suatu bangunan yang terdapat pada alur aliran dan berfungsi untuk membendung aliran sungai agar dapat digunakan sebagai PLTMH. Dam atau weir mempunyai dua fungsi yaitu menambah tinggi terjun dan sebagai penampung air. Dam atau weir sebagai penampung air berfungsi untuk menyimpan air dalam jumlah yang cukup besar sehingga dapat digunakan pada waktu terjadi lonjakan beban. Pada waktu debit air kurang di musim kemarau, dam harus mempunyai persedian air yang cukup sehingga PLTMH dapat bekerja secara terus-menerus.

IntakeIntake adalah bagian yang mengambil dan mengarahkan sebagian atau seluruh aliran sungai untuk digunakan sebagai sumber penggerak PLTMH. Pembangunan intake di pengaruhi oleh :1. Jumlah dan kualitas air yang dibutuhkan untuk PLTMH2. Keadaan minimum dan maksimum aliran sungai3. Keadaan tanah dan topografi lokasi PLTMH4. Daerah tangkapan air alami yang ada di sekitar lokasi5. Adanya dam atau weir untuk membendung aliran sungaiIntake juga digunakan untuk mengontrol jumlah aliran air yang akan digunakan untuk PLTMH.

Intake

Waterways / Power CanalAir intake pada dam dialirkan ke lokasi PLTMH melalui suatu saluran yang disebut waterways atau power canal. Waterways dapat berupa saluran seperti saluran irigasi ataupun berupa pipa air.

Waterways / Power CanalJika power canal berupa tanah yang tidak dilapisi, maka harus ditentukan kecepatan air yang melalui tanah agar tidak terjadi pengikisan seperti pada tabel berikut :

Jenis TanahKecepatan Air (m/s)Tanah Berpasir0,3 - 0,4Tanah Padat0,4 - 0,6Tanah Liat0,6 - 0,8Tanah Liat Pekat0,8 - 2,0

Bentuk Penampang KanalPenampang setengah lingkaranBentuk penampang ini jarang digunakan karena kesulitan dalam penggalian tanah dan biasanya digunakan material berbentuk setengah lingkaran, seperti : beton, lembaran logam, papan kayu.

2. Penampang trapezoidProfil dibawah ini adalah paling sering digunakan untuk kanal yang dilapisi maupun tidak, dikarenakan penggalian tanah yang lebih mudah. Jika kanal tidak dilapisi maka jenis tanah yang akan dilalui air merupakan faktor penting yang menentukan slope.

Slope Untuk Tepi Kanal Tanpa Lapisan*vertikal terhadap horizontal

Jenis Tanah Slope/kemiringan*

1.Untuk potongan di celah batu, tembok batuan1 banding 2.Untuk potongan kerikil semen, tanah liat pekat1 banding 3.Untuk potongan tanah liat padat berkerikil atau untuk penampang bukit bertanah liat1 banding 14.Untuk potongan atau lapisan tanah liat atau tanah liat berkerikil1 banding 3/25.Untuk potongan atau tanah liat padat1 banding 26.Untuk potongan atau tanah liat berpasir1 banding 3

3. Penampang empat persegi panjangProfil empat persegi panjang cocok untuk kanal dengan dinding tembok batu bata atau batuan. Penggunaan kanal ini dapat mengurangi volume tanah yang yang digali. Jika profil ini digunakan pada kanal berupa tanah maka dapat mempercepat pengikisan.

4. Penampang segitigaProfil ini jarang digunakan, biasanya dipakai papan kayu sebagai saluran air atau kanal yang dilapis beton

ForebayForebay merupakan bak penampung sementara sebelum air digunakan masuk untuk memutar turbin. Forebay dapat digunakan sebagai Dam cadangan karena mampu menampung air dalam jumlah yang cukup besar. Forebay juga berfungsi sebagai penyaring kotoran yang masuk karena tidak tersaring pada Intake dan merupakan kolam pengendap lumpur agar tidak masuk ke turbin.Rugi-rugi jatuh pada sisi penstock (he) didefinisikan :

dimana : v = kecepatan air dalam penstock (m/det) Ke = konstanta bentuk pipa sisi masuk

Forebay

PenstockPenstock adalah sebuah pipa yang mengalirkan air bertekanan dari bak penampung (forebay) ke turbin. Penstock dilengkapi dengan katup untuk mengatur debit air dan kecepatan air yang digunakan untuk memutar turbin.

Berikut adalah bagian-bagian dari Penstock :Penyaring / trashrackKolam PengendapKatup udara

a) Penyaring / trashrackPenstock dapat tersumbat oleh adanya benda-benda yang hanyut terbawa air oleh karena itu digunakan trashrack sebagai penyaring. Rugi jatuh yang terjadi pada trashrack :

dimana : h = rugi jatuh pada trashrack (m)Kt = koefisien rugi-rugi trashrack t/b = perbandingan diameter dengan jarak antar batangv = kecepatan air sebelum melewati penstock (m/det)g = konstanta gravitasi (9,8 m/det2) = sudut antara batang dengan sumbu horizontal

a) Penyaring / trashrack

b) Kolam PengendapButiran partikel yang terbawa aliran air diendapkan di kolam pengendap sebelum memasuki forebay agar air yang masuk ke penstock lebih bersih.Karakteristik kolam pengendap dinyatakan sebagai :

dimana : v = kecepatan aliran di kolam pengendap =Q = debit air (m3/det)D = kedalaman kolam (m)W = lebar kolam (m)V0 = kecepatan pengendapan partikel (m/det)

b) Kolam PengendapSehingga

Dengan As = LW = luas permukaan kolam. Sedangkan lebar kolam dapat dicari :

Panjang kolam di tentukan :

b) Kolam Pengendap

c) Katup udaraUntuk menghindarinya perbedaan tekanan yang terlalu besar yang dapat menyebabkan pecahnya pipa, maka digunakan katup udara untuk mengalirkan udara luar ke dalam pipa.

dimana :p = batas perbedaan tekanan maksimum (kgf/cm2)E = elastisitas Modulus Young (kgf/cm2) (tabel 2.4)D = diameter penstock pada sisi pipa masuk (m)t = tebal pipa masuk (m)f = faktor keamanan (5 untuk pipa pendam dan 10 untuk pipa luar)

c) Katup udaraKoefisien Material Untuk Berbagai Jenis Pipa Penstock

c) Katup udaraAgar tekanan yang terjadi tidak melebihi p, maka luas penampang pada sisi masuk udara harus memenuhi persamaan :

dimana : Q = aliran udara melalui inlet (m3/det)C = koefisien pelepasan inlet (0,5 untuk inlet katup udara dan 0,7 untuk inlet pipa udara pendek)

Power housePower house adalah bagian paling utama pada PLTMH. Di dalam power house terdapat turbin, generator dan perlengkapan lainnya. Bangunan rumah pembangkit (Power House) adalah sebagai bangunan yang berfungsi untuk melindungi peralatan elektrikal mekanikal seperti turbin, generator, panel kontrol dan lainnya dari segala gangguan.Gangguan yang dimaksud adalah cuaca, pencegahan dari pihak-pihak yang tidak berkepentingan dan pencurian peralatan barang tersebut.

Power house

TailraceTailrace adalah saluran pembuangan air yang telah digunakan untuk memutar turbin. Tailrace biasanya bermuara pada sungai yang merupakan saluran alami dari aliran air yang diambil untuk PLTMH. Saluran Pembuang atau tailrace ini dimensinya harus sama atau lebih besar dari saluran pemasukan.

Pembangkit listrik pada aliran sungaiPembangkit tenaga air (PLTA) adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan kecepatan tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan generator sebagai pembangkit daya listrik. Daya yang dapat dihasilkan dapat dihitung berdasarkan energi kinetik dari kecepatan aliran sungai dengan persamaan sebagai berikut :

Untuk menghitung daya listrik yang dihasilkan adalah energi per satuan waktu dengan persamaan sebagaiberikut :

Jika adalah efisiensi total turbin dan generator, maka :

dimana : P = daya yang dihasilkan (Kw) = efisiensi turbin dan generator (0,75) = berat jenis air (N/m3) m = massa air mengalir (kg/m3) v = kecepatan aliran sungai (m/det) t = kedalaman air sungai (m) l = lebar sungai (m)

Pengukuran debit dan Tinggi air terjunPengukuran debit :Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk mengukur jumlah aliran air atau debit yang melewati suatu saluran. Metode-metodeyang biasa digunakan untuk mengukur besarnya debit adalah : bucket method,velocity-area method, dan weir method.1) Bucket methodMetode ini sangat sederhana karena hanya mengukur waktu yang digunakan untuk mengisiskan sejumlah air ke dalam sebuak ember (untuk kira-kira debit 4 l/det), sebuah drum (untuk kira-kira debit dibawah 50 l/det) atau tempat lain yang dapat digunakan untuk mengukur. Dengan metode ini, harus dapat mengalirkan seluruh aliran air ke dalam wadah pengukur. Dengan mengetahui volume air yang terukur (V) dan waktu yang diperlukan untuk pengisian (t), maka besarnya debit aliran dapat dihitung dengan :

2) Velocity-area methodDengan menggunakan metode ini, terlebih dahulu harus menemukan tempat yang digunakan untuk pengukuran. Dimana tempat pengukuran ini harus relatif lebih datar, mempunyai aliran yang merata dan lebar sungai yang sama. Metode ini sebenarnya adalah mengukur volume air yang mengalir melalui suatu luasan per detiknya.Debit Q (m3/s) dapat ditentukan dengan persamaan :

dimana : A = luasan penampang aliran (m) V = kecepatan aliran rata-rata yang melewati luasan A (m/s)Untuk menentukan besarnya debit dengan metode ini, terlebih dahulu harusmenghitung luasan penampang aliran dan kecepatan aliran.3) Weir methodWeir method memerlukan suatu kondisi dinding untuk membendung aliran dengan bentuk khusus. Besarnya debit dapat langsung diketahui dengan perhitungan berdasarkan data yang ada.

Saluran pengalih sungai :Ciri khas saluran pengalihan aliran adalah bahwa air dari sungai dialihkan dari saluran utama melalui saluran pengalih yang dimaksudkan sebagai saluran pembangkit tenaga.Pembentukan tekanan tinggi air atau head pada saluran pengalih aliran dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya ;1. Tinggi air dapat dibuat pada lekukan-lekukan yang lebih rata di saluran sebanding dengan tinggi air sungai. Selain itu, disebabkan oleh kelokan-kelokan , panjang sungai antara dua titik mungkin lebih besar jika dibanding dengan rentangan lurus saluran itu.2. Terkadang sungai memiliki terjunan alami. Dengan demikian dapat menyediakan ketinggian air yang diperlukan bagi saluran pengalih aliran. Dalam hal ini, aliran air dialihkan dari arah hulu air terjun dan membiarkan kembali ke sungai setelah mengalir melalui stasiun pembangkit tenaga pada arah hilir air terjun.3. Saluran pengalih aliran terkadang dapat direncanakan dengan aliran air yang dialihkan dari sungai yang lebih tinggi permukaanya ke sungai lain yang lebih rendah permukaannya melalui saluran pengalih aliran dan stasiun pembangkit tenaga. Cara ini dapat disebut sebagai pengalihan aliran antar kolam.4. Sering juga sebuah saluran irigasi memerlukan air terjun yang disalurkan untuk disesuaikan dengan kondisi tanah. Saluran dapat dibangun pada saluran irigasi semacam itu yang menyediakan tenaga sebagai tujuan kedua. Perencanaanya secara umum dalam hal itu sama dengan saluran pengalihan aliran.

Gambar susunan saluran pengalihan aliran

PIPA PELIMPAHPelimpah (spillway) berfungsi untukmenghindarkan bahaya terhadap pembangkit akibat terjadi air melimpas (overtopped) diatas mercu bendungan. Pelimpah dapat berfungsi jika air telah melampaui batas permukaan tertentu yang disebut full reservoir level (FRL) atau permukaan daya tampung penuh.Permukaan tertinggi tercapai selama terjadi banjir yang disebut maximum water level (MWL) atau permukaan air tertinggi. Tinggi antara FRL dan MWL disebut sebagai tinggi banjir(flood lift).

Pelimpah terjunan (overflow spillway)Tipe ini dikenal juga sebagai overfall spillway. Sebagai tipe pelimpah dibuat berhubungan dengan bendungan beton gaya berat dan di lembah-lembah dimana mempunyai lebar yang cukup untuk menyesuaikan dengan panjang mercu yang dikehendaki. Muka bagian hilir bendungan sebaiknya dibuat miring atau landai dan bagian tumit bendungan seharusnya direncanakan untuk mencegah erosi yang disebabkan karena adanya kecepatan aliran air yang tinggi.

Pelimpah sampingPada lembah yang sempit, dimana panjang mercu pelimpah overflow yang dikehendaki tidak mungkinkan, atau dalam aliran yang kurang lebar yang menguntungkan untuk meninggalkan bagian tengah dari aliran power house, pelimpah samping adalah yang paling cocok untuk digunakan

Pelimpah corongPelimpah corong sering juga disebut morning glory spillway, mempunyai bentuk seperti sebuah cerobong tegak dengan sebuah corong tegak lurus yang dihubungkan dengan pipa keluaran horisontal berbentuk L yang keluaran dari bendungan atau mendekati tempat pengeluaran air dari bendungan. Pelimpah corong sangat sesuai untuk lokasi yang berbentuk kerongkongan yang sempit, dimana tipe-tipe lain tidak mendapatkan ruang yang cukup.

Pipa bertekanan (Penstock )

Adalah pipa yang membawa air jatuh ke arah mesin turbin. Di samping itu, pipa pesat juga mempertahankan tekanan air jatuh sehingga energi di dalam gerakan air tidak terbuang. Air di dalam pipa pesat tidak boleh bocor karena akan mengakibatkan hilangnya tekanan air.

Klasifikasi batang pipa terdiri dari :Material dari pabrik pembuatMetode kerja yang harus didukungnyaKekakuan sambungan dan fondasinya

Material dari Pabrik PembuatnyaBatang pipa dibuat dari berbagai material yang tergantung dari penggunaan batang pipa tersebut.Faktor utama dari pemilihan bahan-bahan adalah : tekanan air yang harus dipikulnya, topografi dari lokasi penempatannya volume air yang harus di tampungnya.Bermacam-macam material yang dapat dipergunakan adalah : baja Betonfiber kayu baja komposit.

Metode Pemasangan Batang PipaPada pemasangannya batang pipa ini di pasang secara ditanam dan direndam dibawah tanah atau diletakkan diatas tanah dengan dukungan pondasi. Selain itu dapat juga di pasang diatas permukaan tanah biasanya didukung oleh pondasi dan tanggul penunjang.Dukungan langsung dari tanah sehingga sistem konstruksi menjadi lebih kuat.Pipa terlindung dari fluktuasi pemanasan akibat urugan tanah diatasnya.Merupakan kontruksi alamiah.Pipa terlindung dari longsoran tanah, badai dan kerusakan lainnya yang ditimbulkan oleh manusia sendiri.Mudah dalam pemeriksaan dan pemeliharaanEkonomis untuk daerah berbatu dan pipa berdiameter besar, stabil denganadanya angker pada pondasi

Kriteria Perancangan Batang PipaBerdasarkan aturan ASME (American Society of Mechanical Engineers), untuk batang pipa yang tidak ditanam dapat direncanakan menurut beberapa kondisi, yaitu :Kondisi yang normal. Pada operasi ini terdapat kestabilan maksimum dari ketinggian tekanan air. Faktor keselamatan terbaik adalah 0,3 didasarkan atas spesifik minimum dari kekuatan dasar tetapi tidak boleh lebih dari dua pertiga produksi minimum.Kondisi yang berubah-ubah. Hal ini merupakan kondisi selama pengisian dan pengeringan kolam persediaan atau pada saat pengisian normal terjadi gempa bumi. Besarnya angka faktor keselamatan adalah 2,25 yang didasarkan atas spesifik minimum daya kekuatan pokok tetapi tidak diperkenan produksi tekanan air melebihi 0,8 dari spesifik minimum.Kondisi darurat. Kondisi ini dimana governor dalam keadaan tidak beroperasi dan sebagian pintu ditutup dengan kecepatan 2L/a detik (L adalah panjang dari saluran dalam m dan a adalah kecepatan tekanan gelombang dalam m/detik). Angka keselamatan yang direkomendasikan adalah 1,5 didasarkan pada spesifik minimum atas kekuatan tegangan tertinggi tetapi dalam kondisi ini tegangan yang diijinkan tidak boleh melebihi tegangan lapangan.Kondisi khusus. Bila terjadi kerusakan pada alat pengontrol dan kondisi ini tidak akan dapat dipakai dalam perencanaan. Jika tekanan maksimum tidak melebihi spesifik daya minimum dari kekuatan pokok maka kesatuan susunan batang pipa sudah cukup sempurna dan menyakinkan.

Berikut untuk pipa yang ditanam dapat direncanakan dengan kondisi sebagai berikut :Untuk tekanan dalam, ukuran minimum plat dihitung dengan menggunakan rancangan kepala untuk kondisi normal, dan didasarkan atas tekanan simpan (p/t) untuk sebuah selongsong yang bebas dan sama dengan titik patah minimum yang dispesifikasikan, dimana p = tekanan rancangan dibawah kondisi normal dalam kg/cm2 dan t = tebal selongsong dalam cm.Suhu deferensial maksimum yang terjadi antara pelat isi baja dan beton yang ditanam diperkirakan sepanjang suatu ekivalen kesenjangan radial.Pelat isi baja dirancang untuk menahan tekanan luar minimum dari 5,25 kg/cm2 dengan sebuah kesenjangan radial tertentu.

Untuk ketebalan dinding batang pipa yang direkomendasikan oleh ASME adalah :

Dimana : T = ketebalan dinding (cm)P = tekanan dalam (kg/cm2)R = jari-jari internal (cm)S = tekanan desain (kg/cm2) = faktor efisiensi bersama

Sedangkan untuk menentukan diameter batang pipa, dapat digunakan dua buah persamaan berikut :Persamaan USBR (United State Bureau of Reclamation) :

Dimana : V = kecepatan optimum (m/det)H = kepala yang berfungsi maksimum (m)Persamaan G.Sarkaria :

Dimana : D = diameter batang pipa (m)P = daya yang dipindahkan melalui pipa (hp)H = kepala maksimum pada ujung batang pipa (m)

Dalam perencanaan dari pipa atau saluran air hendaklah diperhitungkan tentang keamanannya terhadap terjadinya arus lintas air yang sangat besar.Keadaan paling ekstrim yang akan terjadi adalah :

Menjalankan turbin secara tiba-tiba pada tingkat muatan penuh dari keadaanistirahat.Penolakan secara mendadak seluruh muatan normal oleh turbin.

Katup Pipa SaluranFungsi utama katup pada pipa saluran adalah :Mengatur besarnya aliran yang masuk kedalam pipa.Menghentikan aliran sama sekali.Mengurangi pemborosan energi dalam keadaan tertentuKatup dapat ditempatkan pada posisi ditengah-tengah pipa atau pada ujung pipa. Pada pembangkit liastrik tenaga air, katup digunakan pada batang pipa dan pada pintu air. Katup pada batang biasanya berfungsi hanya untuk membuka dan menutup tetapi bukan untuk mengatur besarnya aliran air. Sedangkan katup pada pintu air biasanya merupakan jenis pengatur aliran karena dapat membuka sebagian saja.

Turbin AirTurbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros.Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.Turbin air berdasarkan prinsip kerjanya, dibagi menjadi 2, yaitu : Turbin Impuls (Turbin Pelton) dan Turbin Reaksi (Turbin Francis dan Propeller).

Turbin PeltonTurbin pelton terdiri dari dari satu set bucket yang secara khusus dibentuk dan disatukan disekeliling piringan. Turbin ini digerakkan oleh pancaran air yang ditembakkan dari satu atau lebih nozzle dan menumbuk bucket. Bucket ini terbagi menjadi dua sehingga bagian pusat tidak bertindak sebagai suatu titik mati. Bucket pelton di rancang untuk membelokkan pancaran menjadi 1650 dimana sudut tersebut adalah kemungkinan sudut maksimum tanpa adanya pancaran balik dengan bucket berikutnya untuk pancaran masuk.

Turbin FrancisTurbin ini digunakan pada PLTA dengan tinggi terjun sedang, yaitu antara 20-400 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis juga disebut sebagai turbin reaksi. Bagian-bagian utama turbin Francis :Rumah spiral (scroll-case).Fungsi rumah spiral adalah membagi rata air yang diterima dari pipa pesat sekeliling turbin.Runner Pipa pelepas air (draftube) yang meneruskan air dari turbin ke saluran pembuangan.Turbin francis bekerja dengan aliran yang bertekanan. Jadi, untuk turbin- francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dengan selubung penuh air. Turbin francis untuk PLTMH digunakan terutama untuk tinggi terjun sampai 100 m dan debit air sampai 30 m3/det dan kecepatan putar antara 250 rpm sampai 1000 rpm dengan efisiensi sekitar 80% 90% yang berubah-ubah tergantung pada kecepatan spesifik Ns.

Turbin Propeller dan KaplanSecara umum untuk turbin propeller dan kaplan adalah kurang lebih sama dengan turbin francis. Perbedaan yang besar adalah dimana turbin-turbin francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran sedangkan turbin propeller dan kaplan merupakan turbin-turbin aksial.Penggerak turbin ini menyerupai sebuah ulir atau sebuah baling-baling. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin kaplan bervariasi dari 3 sampai 8, tergantung pada jangkuan kecepatan spesifik.

Turbin CrossflowTurbin aliran ini baik sekali digunakan untuk pusat pembangkit tenaga air yang kecil dengan daya kurang dari 750 Kw. Tinggi air jatuh yang bisa digunakan diatas 1 m sampai 200 m dengan debit antara 0,2 m3/det sampai dengan 7 m3/det. Efisiensinya kurang lebih 80%. Kecepatan putarnya antara 60 rpm sampai sekitar 200 rpm tergantung pada diameter runner.

Pemilihan Jenis TurbinPemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu :a. Faktor tinggi jatuhan air efektif (net head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin Sebagai contoh turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.b. Faktor daya yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.c. Kecepatan putaran turbin yang akan ditransmisikan ke generatorSebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.

Pada daerah Indonesia turbin yang ideal adalah turbin crossflow dan turbin Kaplan apabila melihat pada kondisi alam dan karakteristik geografis.

GeneratorGenerator adalah alat yang mengubah energi kinetik atau energi putar menjadi energi listrik.Generator dari stasiun tenaga air biasanya terdiri dari mesin sinkron tiga phasa.Generator ini memiliki kecepatan rata-rata berkisar antara 70 1000 rpm. Generator dapat memiliki sebuah as berbentuk vertikal maupun horisontal.

Perancangan Desain GeneratorPerencanaan daya yang dihasilkan oleh generator tiga phasa dihitung dengan persamaan :P = 3 . V . I . Cos Watt Dimana : P = tenaga yang dihasilkan generator (Watt)V = tegangan (volt)I = arus (ampere)Cos = faktor daya

Faktor Daya yang digunakan berkisar 0,9 0,95.

Perancangan Desain GeneratorPada PLTMH dimana faktor biaya sangat diperhitungkan, kecepatan putar tinggi harus minimal 500 rpm untuk memperoleh jumlah pasang kutub p yang sedikit. Tabel dibawah ini memperlihatkan rating putaran dengan frekuensi 50 Hz untuk berbagai jumlah pasang kutub :

Hal terpenting dalam perencanaan generator adalah kecepatan perputaran turbin, kecepatan perputaran yang tinggi yang akan mempengaruhi kerja generator seperti timbulnya panas dalam gulungan stator.

Metode Sederhana Pengukuran Mikrohidro

Parameter penting dalam pengembangan suatu Pembangkit Listrik Tenaga Mikro/Minihidro (PLTMH) adalah kapasitas aliran air (debit) dan tinggi jatuh (head) dari sungai yang akan dikembangkan menjadi PLTMH.Tahap awal pengembangan pembangkit listrik mikro/minihidro tersebut dimulai dengan mengadakan survei lapangan untuk mengetahui potensi sungai yang akan dikembangkan menjadi PLTMH.Hal-hal yang harus dipersiapkan tersebut meliputi:1. Jadwal pelaksanaan2. Tenaga pelaksana3. Peralatan

1. Jadwal pelaksanaanPelaksanaan survei untuk satu lokasi tertentu sebaiknya dilakukan minimal sebanyak 2 (dua) kali, yaitu saat puncak musim penghujan dan puncak musim kemarau sehingga laju aliran (debit) sungai maksimum dan minimum dapat diukur.

2. Tenaga pelaksanaUntuk dapat melaksanakan survei dengan baik minimal diperlukan:a. 3 (tiga) orang pelaksana survei yang mempunyai kecakapan mengoperasikan peralatan survei serta melakukan perhitungan dan analisis hasil survei.b. 1 (satu) orang pemandu penduduk setempat/lokal.c. 2 (dua) orang sopir perahu jukung untuk lokasi survei yang jauh ke arah hulu sungai, selain itu mereka juga berfungsi sebagai tenaga perintisan jalan.

3. PeralatanPeralatan yang digunakan dalam survei lapangan adalah sebagai berikut:a. Perahu jukung untuk menjangkau lokasi survei.b. 1 (satu) set peralatan GPS (Global Positioning System)c. 1 (satu) set peralatan Current Meter Counter Hydrological Services untuk mengukur laju aliran (debit) sungai.d. 1 (satu) unit Stop Watch untuk mengukur lama pengambilan data pengukuran laju aliran (debit) sungai.e. 1 (satu) set peralatan Theodolite untuk mengukur profil/kontur lokasi survei.g. 1 (satu) meteran kecil.h. 1 (satu) buah Roll Meter Yamayo Million I2 100 m x 300 ft.I. 2 (dua) buah Patok meter/Yalon.

GPSCurrent Meter Counter Hydrological Services

Metode Pengukuran1.Pengukuran laju aliran (debit) sungaiPengukuran dilakukan di sepanjang penampang melintang sungai dengan interval pengukuran setiap 1 (satu) meter lebar sungai.

Dari pengukuran yang dilakukan dapat diperoleh hasil: Lebar sungai di Lokasi Q2 = 7,0 m Kedalaman maksimum = 0,39 m Laju aliran (debit) air di Lokasi Q2 = 0,574 m3/s

2. Pengukuran beda ketinggian (head) Pengukuran beda ketinggian (head) dilakukan dengan menggunakan Theodolite. Pengukuran dilakukan di sepanjang sungai dari hulu sungai, yang diperkirakan merupakan lokasi dam, sampai hilir, yang diperkirakan tempat instalasi mesin pembangkit. Dari pengukuran tersebut dapat diperoleh hasil: Tinggi jatuh (head) = 3,62 m

Perhitungan dan Analisis Potensi Mikrohidro1. Perhitungan daya listrikPpotensial= x g x Q x HDimana :P= daya hidrolik air (kilowatt) = massa jenis air (1000 kg/m3) g= percepatan gravitasi (9,81 m/s2) Q = Debit air (m3/s) H= tinggi jatuh efektif (m)

Pterbangkit= totalx Ppotensial =totalx x g x Q x HDari beberapa referensi dapat diketahui bahwa untuk sistem pembangkit kecil, sebagai acuan kasar dapat digunakan harga total = 50% (http://www.itdg.com)Bagaimanapun, tidak ada sistem yang sempurna sehingga selalu terjadi kehilangan energi sewaktu energi potensial air diubah menjadi energi listrik. Besarnya energi yang hilang ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu: Kerugian/losses pipa pesat/penstock - Efisiensi turbin - Efisiensi jaringan - Efisiensi generator - Efisiensi sistem kontrol - Efisiensi trafo - Efisiensi konstruksi sipil Dari hasil pengukuran yang telah dilaksanakan di atas maka dapat dihitung potensi mikrohidro yang dapat dihasilkan:Pterbangkit = 9,81 x 0,574 x 3,62 x 50%= 10,4 kW

KAJIAN KELAYAKAN FINANSIALBiaya Operasi dan Pemeliharaan Pendapatan kotorApabila PLTMH direncanakan dengan kapasitas 100 kVA, cos phi 0.91, harga jual listrik sebesar Rp.600,00 per kWh dan mesin dioperasikan dengan Capacity Factor sebesar 70%, maka besarnya pendapatan kotor selama 1 tahun adalah:

Jual = 0.7 x 0.91 x 100 kVA x 8760 jam/tahun x Rp.600/kWh= Rp.334.807.200,00 Biaya operasionalApabila untuk pengoperasian PLTMH untuk kapasitas 100 kVA tersebut diasumsikan diperlukan 1 (satu) orang supervisor dan 2 (dua) orang operator untuk kegiatan operasional dan maintenance, maka besarnya upah untuk 1 tahun adalah:Upah = 12 x ((1 x Rp. 1.500.000,00) + (2 x Rp. 1.000.000,00)) = Rp.42.000.000,00per tahun

Biaya pemeliharaanApabila besarnya ongkos pemeliharaan/maintenance sebesar 20% dari pendapatan, maka:Mntc = 0.20 x Rp. 334..000,00= Rp.66.961.440,00,00per tahunSehingga total biaya operasi dan pemeliharaan selama 1 tahun adalah:Biaya = Rp. 42.000.000,00 + Rp. 66.961.440,00= Rp.108.961.440,00per tahun

Besarnya investasi pembangunan PLTMH ditentukan oleh kapasitas daya yang akan dibangkitkan, desain sistem, dan jenis turbin yang akan dipasang. Harga standar untuk pembangkit listrik tenaga air mikro hidro adalah berkisar antara Rp.15.000.000 Rp.25.000.000 per kVA terpasang.

Apabila kapasitas daya rencana adalah 100 kVA, maka perkiraan biaya investasi adalah sebesar (asumsi dengan biaya investasi Rp. 20.000.000,00 per kVA):

I = 100 kVA x Rp. 20.000.000,00 / kVA= Rp.2.000.000.000,00Perhitungan Biaya Investasi (I)

- Perhitungan Laba TahunanBerikut ini diajukan 4 (empat) skema operasi PLTMH Rantau Balai yang berkapasitas 100 kVA dengan berbagai pola operasi: dengan harga Capacity Factor 40%, 50%, 60% dan 70%.Hasil simulasi untuk perhitungan laba tahunan yang diperoleh tiap tahunnya disajikan dalam tabel dibawah ini:

Sehingga harga Pay Back Period (PBP) didapat sebesar:Artinya, sebagai contoh, investasi yang ditanamkan sebesar Rp.2.000.000.000,00 akan kembali selama10,66 tahununtuk PLTMH berkapasitas 100 kVA yang dioperasikan dengan CF sebesar 60%.

Rencana pemakaian listrik 1 rumah

Dari tabel tersebut pemakaian listrik maksimal untuk 1 rumah adalah 100 watt, bila PLTMH menghasilkan 4000 watt maka jumlah rumah yang dapat dilayani adalah 4000 : 100 = 40 rumah. Pemakaian listrik total per jam dalam persen dapat dilihat pada perhitungan berikut ini :

jam 1 3 = 20 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 20 %jam 4 6 = 40 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 40 %jam 7 14 = 50 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 50 %jam 15 17 = 30 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 30 %jam 18 19 = 80 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 80 %jam 20 23 = 100 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 100 %jam 24 = 50 watt . 40 rumah / 4000 watt . 100 % = 50 %

Grafik Unit Load Curve

TERIMA KASIH